1引言
三相電壓型PWM整流器的控制方式可分為直接電流控制和間接電流控制。盡管間接電流控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不及直接電流控制，但由于它開關(guān)機(jī)理清晰，不需要電流傳感器和電流控制回路，所以PAC控制仍有一定的應(yīng)用場(chǎng)合。間接電流控制[1]又稱幅值相位控制(PAC)，它對(duì)PWM整流器輸入電流進(jìn)行開環(huán)控制。
2傳統(tǒng)的控制方案
圖1三相電壓型整流器主電路拓?fù)?/p>
三相電壓型PWM整流器主電路見圖1。
圖中Vi、Vpi、Li(其中i=a,b,c)分別是三相輸入電源電壓、整流器輸入端電壓、輸入電感，R為負(fù)載電阻，C為輸出濾波電容。假定三相電路系統(tǒng)參數(shù)完全對(duì)稱且開關(guān)管均是理想的,不計(jì)輸入電阻。
圖2傳統(tǒng)的PAC控制方案
間接電流控制是一種基于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型的控制策略。傳統(tǒng)的PAC控制所依賴的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是三相靜止坐標(biāo)系下的低頻數(shù)學(xué)模型，參見式（1）[2]：（1）
圖3單相基波相量圖
式中：ω為電網(wǎng)角頻率；mi（i=a,b,c）為三相調(diào)制比；Im為單位功率因數(shù)時(shí)輸入電流基波幅值；L=La=Lb=Lc。
式(1)中的Im應(yīng)視作控制信號(hào)Im＊，在穩(wěn)態(tài)時(shí)Vo即為Vref，于是由式(1)即產(chǎn)生了如圖2所示典型的控制方案。
3 PAC控制方案
3.1
本文提出一種新的PAC控制方案，該方案只檢測(cè)直流輸出電壓(這是實(shí)現(xiàn)電壓環(huán)控制所必需的)，使控制得到簡(jiǎn)化。分析時(shí)假定輸入電感L（輸入電感的電阻很小通常可忽略）、電源角頻率ω、負(fù)載電阻R等均為已知。
根據(jù)三相電壓型PWM整流器主電路各參數(shù)和控制參數(shù)間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系[3]可知，在單位功率因數(shù)(φ=0°)且已知直流輸出電壓Vo的情況下，調(diào)制比m與調(diào)制角δ必須滿足下式（調(diào)制角的含義參見圖4）：δ=arcsin(2)。即單位功率因數(shù)時(shí)調(diào)制比m與調(diào)制角δ只與系統(tǒng)參數(shù)ω、L、R等有關(guān)。同時(shí)，當(dāng)給定輸入電源電壓與直流輸出電壓時(shí)，調(diào)制比m與調(diào)制角δ又滿足電壓傳輸比的約束關(guān)系[3]:
Gv==(3)， 式中：Vm為電網(wǎng)相電壓的幅值。解式（2）和（3）可得：m=（4）
由式（4）可見，調(diào)制比m只與系統(tǒng)參數(shù)與電壓傳輸比Gv有關(guān)。
當(dāng)輸入交流電壓發(fā)生改變時(shí)，必然會(huì)使Gv發(fā)生波動(dòng)，通過電壓環(huán)的作用改變mr的值使其工作在另一穩(wěn)定工作點(diǎn)。當(dāng)電壓調(diào)節(jié)環(huán)使輸出電壓穩(wěn)定時(shí)，則相應(yīng)的mr.、δ必然既滿足電壓傳輸比的約束，又滿足單位功率因數(shù)的約束。
設(shè)Vpm為三相輸入端基波相電壓的幅值，穩(wěn)態(tài)時(shí)單位功率因數(shù)時(shí)的單相基波相量圖見圖3（下標(biāo)1、2分別表示兩種不同的穩(wěn)態(tài)）。該控制方案的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行軌跡見圖3中的AB段，最后系統(tǒng)工作于滿足電壓傳輸比的某一點(diǎn)。
因此，可以通過電壓環(huán)的調(diào)節(jié)作用獲取所需的調(diào)制比mr.(PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，而在圖2所示的傳統(tǒng)控制方案中電壓環(huán)的作用是產(chǎn)生Im＊)，按照單位功率因數(shù)運(yùn)算法則〔式（2）〕可確定期望的δ，而它的實(shí)現(xiàn)又可避開檢測(cè)輸入電壓。
3.2
為驗(yàn)證上述方案，本文用Saber5.1進(jìn)行了仿真。假定系統(tǒng)參數(shù)為，Vm=311V，L=5mH，C=1000μF，
圖4一種新的PAC控制方案原理圖
該控制方案的原理如圖4所示。從圖4可見，該方案不需檢測(cè)輸入電壓，只需提供電源電壓的同步信號(hào)即可。PI調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)限幅后作為調(diào)制比參考信號(hào)mr，由mr根據(jù)單位功率因數(shù)控制算法確定出相應(yīng)的δ。
(a)Vo的波形
(b)Va、ia的波形
(c)三相調(diào)制電壓波形
圖5新型PAC控制方案的仿真波形
仿真波形見圖5，由仿真可知m=0.79,δ=20°,由此可見，理論分析與仿真結(jié)果基本一致。R=15Ω，設(shè)計(jì)的電壓調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器：0.8＋0.4/s,開關(guān)頻率為20kHz，輸出電壓為600V。
4結(jié)語
相對(duì)傳統(tǒng)方案而言，PAC控制方案不需檢測(cè)輸入電源電壓，控制簡(jiǎn)單，硬件成本隨之降低，也體現(xiàn)了PAC控制的優(yōu)點(diǎn)。因此該方案可以得到廣泛的應(yīng)用。